C++的三大特性封装继承和多态

Posted 2022-12-30 liangyc

 

封装可以使得代码模块化，继承可以扩展已存在的代码，他们的目的都是为了代码重用。而多态的目的则是为了接口重用

• 封装：封装是在设计类的一个基本原理，是将抽象得到的数据和行为（或功能）相结合，形成一个有机的整体，也就是将数据与对数据进行的操作进行有机的结合，形成“类”，其中数据和函数都是类的成员。

• 继承：如果一个类别B“继承自”另一个类别A，就把这个B称为“A的子类”，而把A称为“B的父类别”也可以称“A是B的超类”。继承可以使得子类具有父类别的各种属性和方法，而不需要再次编写相同的代码。在令子类别继承父类别的同时，可以重新定义某些属性，并重写某些方法，即覆盖父类别的原有属性和方法，使其获得与父类别不同的功能。

  1. 访问权限

     • public： 父类对象内部、父类对象外部、子类对象内部、子类对象外部都可以访问。
     • protected:父类对象内部、子类对象内部可以访问，父类对象外部、子类对象外部都不可访问。
     • private：父类对象内部可以访问，其他都不可以访问。

     |访问对象|public|protected|private|
     |-|-|-|-|
     |父类|可见|可见|可见|
     |子类|可见|可见|不可见|
     |父类外部|可见|不可见|不可见|
     |子类外部|可见|不可见|不可见|

  2. 继承方式
     ps.三种继承方式不影响子类对父类的访问权限，子类对父类只看父类的访问控制权。继承方式是为了控制子类(也称派生类)的调用方(也叫用户)对父类(也称基类)的访问权限。public、protected、private三种继承方式，相当于把父类的public访问权限在子类中变成了对应的权限。 如protected继承，把父类中的public成员在本类中变成了protected的访问控制权限；private继承，把父类的public成员和protected成员在本类中变成了private访问控制权。

     ps.友元是类级别的，不存在继承的问题。

• 多态：多态性可以简单地概括为“一个接口，多种方法”，程序在运行时才决定调用的函数，它是面向对象编程领域的核心概念。多态(polymorphism)，字面意思多种形状。

  1. 静态多态：静态多态也称为静态绑定或早绑定。编译器在编译期间完成的，编译器根据函数实参的类型(可能会进行隐式类型转换)，可推断出要调用那个函数，如果有对应的函数就调用该函数，否则出现编译错误。

     • 函数重载

       编译器根据函数不同的参数表，对同名函数的名称做修饰，然后这些同名函数就成了不同的函数（至少对于编译器来说是这样的）。函数的调用，在编译器间就已经确定了，是静态的。也就是说，它们的地址在编译期就绑定了（早绑定）。

     • 泛型编程

       泛型编程就是指编写独立于特定类型的代码，泛型在C++中的主要实现为模板函数和模板类。
       泛型的特性：

         1. 函数模板并不是真正的函数，它只是C++编译生成具体函数的一个模子。
         1. 函数模板本身并不生成函数，实际生成的函数是替换函数模板的那个函数，比如上例中的add(sum1,sum2)，这种替换是编译期就绑定的。
         3. 函数模板不是只编译一份满足多重需要，而是为每一种替换它的函数编译一份。
         4. 函数模板不允许自动类型转换。
         5. 函数模板不可以设置默认模板实参。比如template <typename T=0>不可以。
       

  2. 动态多态
     c++的动态多态是基于虚函数的。对于相关的对象类型，确定它们之间的一个共同功能集，然后在基类中，把这些共同的功能声明为多个公共的虚函数接口。各个子类重写这些虚函数，以完成具体的功能。客户端的代码（操作函数）通过指向基类的引用或指针来操作这些对象，对虚函数的调用会自动绑定到实际提供的子类对象上去。

  3. 宏多态（？）
     带变量的宏可以实现一种初级形式的静态多态：

     #include <iostream>
     #include <string>
     
     // 定义泛化记号：宏ADD
     #define ADD(A, B) (A) + (B);
     
     int main()
     
         int i1(1), i2(2);
         std::string s1("Hello, "), s2("world!");
         int i = ADD(i1, i2);                        // 两个整数相加
         std::string s = ADD(s1, s2);                // 两个字符串“相加”
         std::cout << "i = " << i << "/n";
         std::cout << "s = " << s << "/n";
     
     

  4. 动态多态和静态多态的比较

     1. 静态多态
        • 优点：
          1. 由于静多态是在编译期完成的，因此效率较高，编译器也可以进行优化；
          2. 有很强的适配性和松耦合性，比如可以通过偏特化、全特化来处理特殊类型；
          3. 最重要一点是静态多态通过模板编程为C++带来了泛型设计的概念，比如强大的STL库。
        • 缺点：
          1. 由于是模板来实现静态多态，因此模板的不足也就是静多态的劣势，比如调试困难、编译耗时、代码膨胀、编译器支持的兼容性不能够处理异质对象集合
     2. 动态多态
        • 优点：
          1. OO设计，对是客观世界的直觉认识；
          2. 实现与接口分离，可复用
          3. 处理同一继承体系下异质对象集合的强大威力
        • 缺点：
          1. 运行期绑定，导致一定程度的运行时开销；
          2. 编译器无法对虚函数进行优化
          3. 笨重的类继承体系，对接口的修改影响整个类层次；
     3. 不同点：
        • 本质不同，早晚绑定。静态多态在编译期决定，由模板具现完成，而动态多态在运行期决定，由继承、虚函数实现；
        • 动态多态中接口是显式的，以函数签名为中心，多态通过虚函数在运行期实现，静态多台中接口是隐式的，以有效表达式为中心，多态通过模板具现在编译期完成
     4. 相同点：
        • 都能够实现多态性，静态多态/编译期多态、动态多态/运行期多态；
        • 都能够使接口和实现相分离，一个是模板定义接口，类型参数定义实现，一个是基类虚函数定义接口，继承类负责实现；